Tecnología medioambiental
Technical and technological processes for protection of the environment
Diseño urbano sostenible e innovación : La central fotovoltaica SUDI es una estación autónoma y móvil que recarga energía para vehículos eléctricos utilizando energía solar .
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Sustainable energy
A car drives past 4 wind turbines in a field, with more on the horizon
Energy conservation
Renewable energy
Sustainable transport

La tecnología ambiental ( envirotech ) es el uso de enfoques tecnológicos y de ingeniería para comprender y abordar problemas que afectan al medio ambiente con el objetivo de fomentar la mejora ambiental. Implica la aplicación de la ciencia y la tecnología en el proceso de abordar los desafíos ambientales a través de la conservación ambiental y la mitigación del impacto humano en el medio ambiente.

El término se utiliza a veces también para describir tecnologías de generación de energía sostenible, como la energía fotovoltaica , las turbinas eólicas , etc. [ cita requerida ]

Depuración y gestión de residuos

Purificación de agua

Una vista de una planta desalinizadora por ósmosis inversa en España .

La purificación del agua es el proceso de eliminación de sustancias químicas indeseables, contaminantes biológicos, sólidos suspendidos y gases del agua . El objetivo es producir agua que sea apta para fines específicos. La mayor parte del agua se purifica y desinfecta para el consumo humano ( agua potable ), pero la purificación del agua también se puede llevar a cabo para una variedad de otros fines, incluidas aplicaciones médicas, farmacológicas, químicas e industriales. La historia de la purificación del agua incluye una amplia variedad de métodos. Los métodos utilizados incluyen procesos físicos como la filtración , la sedimentación y la destilación ; procesos biológicos como filtros de arena lentos o carbón biológicamente activo ; procesos químicos como la floculación y la cloración ; y el uso de radiación electromagnética como la luz ultravioleta .

La purificación del agua puede reducir la concentración de partículas, incluidas partículas suspendidas , parásitos , bacterias, algas , virus y hongos, así como reducir la concentración de una variedad de partículas y materiales disueltos.

Los estándares de calidad del agua potable suelen ser establecidos por los gobiernos o por normas internacionales. Estos estándares suelen incluir concentraciones mínimas y máximas de contaminantes, según el uso previsto del agua.

Una inspección visual no puede determinar si el agua es de la calidad adecuada. Procedimientos sencillos como hervir el agua o utilizar un filtro de carbón activado para el hogar no son suficientes para tratar todos los posibles contaminantes que puedan estar presentes en el agua de origen desconocido. Incluso el agua de manantial natural , considerada segura a todos los efectos prácticos en el siglo XIX, ahora debe analizarse antes de determinar qué tipo de tratamiento, si es necesario, es necesario. Los análisis químicos y microbiológicos , aunque costosos, son la única forma de obtener la información necesaria para decidir el método de purificación adecuado.

Purificación de aire

La purificación del aire describe los procesos utilizados para eliminar contaminantes del aire y reducir los posibles efectos adversos para los seres humanos y el medio ambiente. El proceso de purificación del aire puede llevarse a cabo mediante métodos como la filtración mecánica, la ionización, la adsorción con carbón activado, la oxidación fotocatalítica y la irradiación germicida con luz ultravioleta.

Tratamiento de aguas residuales

El tratamiento de aguas residuales (o tratamiento de aguas residuales domésticas, tratamiento de aguas residuales municipales) es un tipo de tratamiento de aguas residuales que tiene como objetivo eliminar los contaminantes de las aguas residuales para producir un efluente que sea adecuado para descargar al medio ambiente circundante o una aplicación de reutilización prevista, evitando así la contaminación del agua por descargas de aguas residuales sin tratar. [1] Las aguas residuales contienen aguas residuales de hogares y empresas y posiblemente aguas residuales industriales pretratadas . Existe una gran cantidad de procesos de tratamiento de aguas residuales para elegir. Estos pueden variar desde sistemas descentralizados (incluidos los sistemas de tratamiento en el sitio) hasta grandes sistemas centralizados que involucran una red de tuberías y estaciones de bombeo (llamadas alcantarillado ) que transportan las aguas residuales a una planta de tratamiento. Para las ciudades que tienen un alcantarillado combinado , las alcantarillas también transportarán la escorrentía urbana (aguas pluviales) a la planta de tratamiento de aguas residuales. El tratamiento de aguas residuales a menudo implica dos etapas principales, llamadas tratamiento primario y secundario , mientras que el tratamiento avanzado también incorpora una etapa de tratamiento terciario con procesos de pulido y eliminación de nutrientes. El tratamiento secundario puede reducir la materia orgánica (medida como demanda biológica de oxígeno ) de las aguas residuales mediante procesos biológicos aeróbicos o anaeróbicos. También se puede añadir un paso de tratamiento cuaternario (a veces denominado tratamiento avanzado) para la eliminación de microcontaminantes orgánicos, como los productos farmacéuticos. Este método se ha implementado a gran escala, por ejemplo, en Suecia. [2]

Se han desarrollado un gran número de tecnologías de tratamiento de aguas residuales, en su mayoría utilizando procesos de tratamiento biológico. Los ingenieros de diseño y los tomadores de decisiones deben tener en cuenta los criterios técnicos y económicos de cada alternativa al elegir una tecnología adecuada. [3] : 215  A menudo, los principales criterios de selección son: calidad deseada del efluente, costos esperados de construcción y operación, disponibilidad de tierra, requisitos de energía y aspectos de sostenibilidad . En los países en desarrollo y en las áreas rurales con baja densidad de población, las aguas residuales a menudo se tratan mediante varios sistemas de saneamiento en el sitio y no se transportan en alcantarillas. Estos sistemas incluyen tanques sépticos conectados a campos de drenaje , sistemas de alcantarillado en el sitio (OSS), sistemas de vermifiltros y muchos más. Por otro lado, las plantas de tratamiento de aguas residuales avanzadas y relativamente costosas pueden incluir un tratamiento terciario con desinfección y posiblemente incluso una cuarta etapa de tratamiento para eliminar microcontaminantes. [2]

A nivel mundial, se estima que se trata un 52% de las aguas residuales. [4] Sin embargo, las tasas de tratamiento de aguas residuales son muy desiguales entre los distintos países del mundo. Por ejemplo, mientras que los países de altos ingresos tratan aproximadamente el 74% de sus aguas residuales, los países en desarrollo tratan un promedio de apenas el 4,2%. [4]

El tratamiento de aguas residuales forma parte del campo del saneamiento . El saneamiento también incluye la gestión de los desechos humanos y los desechos sólidos , así como la gestión de las aguas pluviales (drenaje). [5] El término planta de tratamiento de aguas residuales se utiliza a menudo indistintamente con el término planta de tratamiento de aguas residuales . [3] [ página necesaria ] [6]

Remediación ambiental

La remediación ambiental es el proceso mediante el cual se eliminan contaminantes o contaminantes del suelo, el agua y otros medios para mejorar la calidad ambiental. El enfoque principal es la reducción de sustancias peligrosas dentro del medio ambiente. Algunas de las áreas involucradas en la remediación ambiental incluyen; contaminación del suelo , desechos peligrosos , contaminación de las aguas subterráneas, derrames de petróleo, gas y productos químicos. Hay tres tipos más comunes de remediación ambiental. Estos incluyen la remediación del suelo, el agua y los sedimentos. [7]

La remediación del suelo consiste en eliminar los contaminantes presentes en el suelo, ya que estos suponen grandes riesgos para los seres humanos y el ecosistema. Algunos ejemplos de ello son los metales pesados, los pesticidas y los materiales radiactivos. Dependiendo del contaminante, los procesos de remediación pueden ser físicos, químicos, térmicos o biológicos.

La remediación del agua es una de las más importantes, ya que el agua es un recurso natural esencial. Dependiendo de la fuente de agua, habrá diferentes contaminantes. La contaminación de las aguas superficiales consiste principalmente en desechos agrícolas, animales e industriales, así como en drenaje ácido de minas. [8] Ha habido un aumento en la necesidad de remediación del agua debido al aumento del vertido de desechos industriales, lo que genera una demanda de soluciones hídricas sostenibles. Se espera que el mercado de remediación del agua aumente de manera constante hasta alcanzar los 19.600 millones de dólares en 2030. [9]

La remediación de sedimentos consiste en eliminar los sedimentos contaminados. Es casi similar a la remediación del suelo, excepto que suele ser más sofisticada, ya que implica contaminantes adicionales. Para reducir los contaminantes, es probable que se utilicen procesos físicos, químicos y biológicos que ayuden a controlar la fuente, pero si estos procesos se ejecutan correctamente, existe el riesgo de que la contaminación vuelva a aparecer. [7] [10]

Gestión de residuos sólidos

La gestión de residuos sólidos es la purificación, el consumo, la reutilización, la eliminación y el tratamiento de los residuos sólidos que lleva a cabo el gobierno o los órganos rectores de una ciudad o pueblo. [11] Se refiere a la recolección, el tratamiento y la eliminación de residuos sólidos no solubles. Los residuos sólidos están asociados a actividades industriales, institucionales, comerciales y residenciales. Los residuos sólidos peligrosos, cuando se eliminan de forma inadecuada, pueden fomentar la infestación de insectos y roedores, lo que contribuye a la propagación de enfermedades. Algunos de los tipos más comunes de gestión de residuos sólidos incluyen: vertederos, vermicompostaje, compostaje, reciclaje e incineración. Sin embargo, una barrera importante para las prácticas de gestión de residuos sólidos son los altos costos asociados con el reciclaje y los riesgos de crear más contaminación.

Reciclaje de desechos electrónicos

El reciclaje de desechos electrónicos ha experimentado avances tecnológicos significativos debido a las crecientes preocupaciones ambientales y al creciente volumen de desechos de productos electrónicos. Los métodos tradicionales de reciclaje de desechos electrónicos, que a menudo implican el desmontaje manual, exponen a los trabajadores a materiales peligrosos y requieren mucha mano de obra. Las innovaciones recientes han introducido procesos automatizados que mejoran la seguridad y la eficiencia, lo que permite una separación y recuperación más precisa de materiales valiosos. [12]

Las técnicas modernas de reciclaje de desechos electrónicos ahora aprovechan la trituración automatizada y las tecnologías avanzadas de clasificación, que ayudan a separar de manera eficaz los diferentes tipos de materiales para reciclar. Esto no solo mejora la tasa de recuperación de metales preciosos, sino que también minimiza el impacto ambiental al reducir la cantidad de desechos destinados a los vertederos. Además, la investigación sobre productos electrónicos biodegradables tiene como objetivo reducir los desechos electrónicos futuros mediante el desarrollo de productos electrónicos que puedan descomponerse de manera más natural en el medio ambiente. [13]

Estos avances apoyan un cambio hacia una economía circular, donde se extiende el ciclo de vida de los materiales y se minimizan significativamente los impactos ambientales.

Biorremediación

La biorremediación es un proceso que utiliza microorganismos como bacterias , hongos , enzimas vegetales y levaduras para neutralizar los contaminantes peligrosos que pueden estar presentes en el medio ambiente. Esto podría ayudar a mitigar una variedad de peligros ambientales, incluidos los derrames de petróleo , pesticidas , metales pesados ​​y otros contaminantes. [14] La biorremediación se puede realizar en el sitio ('in situ') o fuera del sitio ('ex situ'), lo que suele ser necesario si el clima es demasiado frío. Los factores que influyen en la duración de la biorremediación incluirían el grado de contaminación, las condiciones ambientales y los plazos que pueden variar desde meses hasta años. [15]

Ejemplos

Energía sostenible

Prototipo de edificio de oficinas de cero emisiones Net Zero Court en St. Louis, Missouri

La preocupación por la contaminación y los gases de efecto invernadero ha impulsado la búsqueda de alternativas sostenibles al uso de combustibles fósiles. La reducción global de los gases de efecto invernadero requiere la adopción de medidas de conservación de la energía, así como de generación sostenible. Esa reducción del daño ambiental implica cambios globales como:

  • reduciendo sustancialmente las emisiones de metano provenientes del derretimiento del permafrost, la cría de animales y las fugas en tuberías y en bocas de pozo.
  • eliminando virtualmente los combustibles fósiles para vehículos, calefacción y electricidad.
  • Captura y secuestro de dióxido de carbono en el punto de combustión.
  • Uso generalizado de vehículos de transporte público, de baterías y de pilas de combustible.
  • Amplia implementación de electricidad generada por viento, sol e agua
  • Reducción de la demanda máxima mediante impuestos al carbono y precios por tiempo de uso [ cita requerida ] .

Dado que el combustible utilizado por la industria y el transporte representa la mayor parte de la demanda mundial [ cita requerida ] , al invertir en conservación y eficiencia (usar menos combustible), la contaminación y los gases de efecto invernadero de estos dos sectores se pueden reducir en todo el mundo. La tecnología avanzada de motores eléctricos (y generadores eléctricos ) de bajo consumo energético que sea rentable para fomentar su aplicación, como los generadores de velocidad variable y el uso eficiente de la energía , puede reducir la cantidad de dióxido de carbono (CO 2 ) y dióxido de azufre (SO 2 ) que de otro modo se introducirían en la atmósfera, si la electricidad se generara utilizando combustibles fósiles. Algunos académicos han expresado su preocupación de que la implementación de nuevas tecnologías ambientales en economías nacionales altamente desarrolladas pueda causar trastornos económicos y sociales en las economías menos desarrolladas. [16]

Energía renovable

La energía renovable es la energía que se puede reponer fácilmente. Durante años hemos estado utilizando fuentes como la madera , el sol , el agua , etc. como medios para producir energía. La energía que puede ser producida por objetos naturales como el sol, el viento, etc. se considera renovable. Las tecnologías que se han utilizado incluyen la energía eólica, la energía hidroeléctrica, la energía solar, la energía geotérmica y la biomasa/bioenergía. Se refiere a cualquier forma de energía que se regenera naturalmente con el tiempo y no se agota. Esta forma de energía se repone naturalmente y se caracteriza por una baja huella de carbono. Algunos de los tipos más comunes de fuentes de energía renovable incluyen; energía solar, energía eólica, energía hidroeléctrica y bioenergía que se genera quemando materia orgánica.

Ejemplos

El Tesla Roadster (2008) fue el primer deportivo totalmente eléctrico comercializado y fabricado en serie. Puede recargarse completamente desde la red eléctrica en un plazo de 4 a 48 horas, según la toma de corriente utilizada.

Innovaciones en energías renovables

La intersección de la tecnología y la sostenibilidad ha dado lugar a soluciones innovadoras destinadas a mejorar la eficiencia de los sistemas de energía renovable. Una de esas innovaciones es la integración de la energía eólica y solar para maximizar la producción de energía. Empresas como Unéole son pioneras en tecnologías que combinan paneles solares con turbinas eólicas en la misma plataforma, lo que resulta especialmente ventajoso para entornos urbanos con espacio limitado. Este sistema híbrido no solo conserva el espacio, sino que también aumenta el rendimiento energético aprovechando la naturaleza complementaria de la disponibilidad de energía solar y eólica. [17]

Además, los avances en la tecnología eólica marina han aumentado significativamente la viabilidad y la eficiencia de la energía eólica. Las turbinas eólicas marinas modernas presentan mejoras en el diseño estructural y la aerodinámica, que mejoran su captura de energía y reducen los costos. Estas turbinas ahora son más adaptables a diversos entornos marinos, lo que permite una mayor flexibilidad en la ubicación y reduce potencialmente la contaminación visual. Las turbinas eólicas flotantes, por ejemplo, utilizan plataformas con patas de tensión y boyas de mástil que se pueden desplegar en aguas más profundas, lo que amplía significativamente las áreas potenciales para la generación de energía eólica [18].

Estas innovaciones no sólo mejoran las capacidades de las distintas tecnologías renovables, sino que también contribuyen a una red energética más resiliente y sostenible. Al optimizar la integración y la eficiencia de los recursos renovables, estas tecnologías desempeñan un papel crucial en la transición hacia un futuro energético sostenible.

Conservación de energía

La conservación de la energía consiste en utilizar dispositivos que requieren menores cantidades de energía para reducir el consumo de electricidad. Reducir el uso de electricidad hace que se quemen menos combustibles fósiles para generar esa electricidad. Y se refiere a la práctica de utilizar menos energía mediante cambios en los comportamientos y hábitos individuales. El énfasis principal de la conservación de la energía es la prevención del uso derrochador de energía en el medio ambiente, para mejorar su disponibilidad. Algunos de los principales enfoques de la conservación de la energía implican abstenerse de utilizar dispositivos que consuman más energía, siempre que sea posible.

Previsión de eGain

El pronóstico de Egain es un método que utiliza tecnología de pronóstico para predecir el impacto del clima futuro en un edificio. [19] Al ajustar el calor en función del pronóstico del tiempo, el sistema elimina el uso redundante de calor, reduciendo así el consumo de energía y la emisión de gases de efecto invernadero . [20] Es una tecnología introducida por eGain International, una empresa sueca que equilibra de forma inteligente el consumo de energía del edificio. La tecnología implica pronosticar la cantidad de energía de calefacción que requiere un edificio dentro de un período específico, lo que da como resultado eficiencia energética y sostenibilidad. eGain reduce el consumo de energía y las emisiones del edificio al tiempo que determina el tiempo para el mantenimiento donde se observan ineficiencias.

Energía solar

La energía solar , también conocida como electricidad solar, es la conversión de energía de la luz solar en electricidad , ya sea directamente mediante energía fotovoltaica (PV) o indirectamente mediante energía solar concentrada . Los paneles solares utilizan el efecto fotovoltaico para convertir la luz en una corriente eléctrica . [22] Los sistemas de energía solar concentrada utilizan lentes o espejos y sistemas de seguimiento solar para enfocar una gran área de luz solar a un punto caliente, a menudo para impulsar una turbina de vapor .

La energía fotovoltaica (FV) se utilizó inicialmente únicamente como fuente de electricidad para aplicaciones de tamaño pequeño y mediano, desde la calculadora alimentada por una sola célula solar hasta hogares remotos alimentados por un sistema fotovoltaico en el tejado fuera de la red . Las plantas comerciales de energía solar concentrada se desarrollaron por primera vez en la década de 1980. Desde entonces, a medida que el costo de los paneles solares ha disminuido, la capacidad y la producción de los sistemas solares fotovoltaicos conectados a la red se han duplicado aproximadamente cada tres años . Tres cuartas partes de la nueva capacidad de generación es solar, [23] y se siguen construyendo millones de instalaciones en tejados y centrales eléctricas fotovoltaicas a escala de gigavatios .

En 2023, la energía solar generó el 5,5% (1.631 TWh) de la electricidad mundial y más del 1% de la energía primaria , añadiendo el doble de electricidad nueva que el carbón. [24] [25] Junto con la energía eólica terrestre , la energía solar a escala de servicios públicos es la fuente con el coste nivelado de electricidad más barato para nuevas instalaciones en la mayoría de los países. [26] [27] En 2023, 33 países generaron más de una décima parte de su electricidad a partir de energía solar, y China representó más de la mitad del crecimiento solar. [28] Casi la mitad de la energía solar instalada en 2022 se montó en tejados . [29]

Se necesita mucha más energía baja en carbono para la electrificación y para limitar el cambio climático . [23] La Agencia Internacional de Energía dijo en 2022 que se necesitaba un mayor esfuerzo para la integración de la red y la mitigación de los desafíos de política, regulación y financiación. [30] No obstante, la energía solar puede reducir en gran medida el costo de la energía. [25]

Sostenibilidad computacional

La sostenibilidad computacional es un campo emergente que intenta equilibrar los recursos sociales, económicos y ambientales para el bienestar futuro de la humanidad utilizando métodos de los campos de las matemáticas , la informática y la ciencia de la información . [31] [32] La sostenibilidad en este contexto se refiere a la capacidad del mundo para sostener sistemas biológicos, sociales y ambientales a largo plazo.

Los algoritmos de toma de decisiones utilizan el poder de las computadoras para procesar grandes cantidades de información y asignan recursos basándose en información en tiempo real. [33] Las aplicaciones avanzadas de este campo están muy extendidas en diversas áreas. Por ejemplo, las técnicas de inteligencia artificial y aprendizaje automático se crean para promover la conservación de la biodiversidad y la protección de las especies a largo plazo . [34] [35] Las redes inteligentes implementan recursos renovables y capacidades de almacenamiento para controlar la producción y el gasto de energía. [36] Las tecnologías de sistemas de transporte inteligentes pueden analizar las condiciones de las carreteras y transmitir información a los conductores para que puedan tomar decisiones más inteligentes y beneficiosas para el medio ambiente basadas en información del tráfico en tiempo real. [37] [38]

Agricultura sostenible

La agricultura sostenible es un enfoque de la agricultura que utiliza la tecnología de manera que se garantice la protección de los alimentos, al tiempo que se asegura la salud y la productividad a largo plazo de los sistemas agrícolas, los ecosistemas y las comunidades. Históricamente, los avances tecnológicos han contribuido significativamente a aumentar la productividad agrícola y a reducir el trabajo físico. [39]

El Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura mejora la agricultura sostenible mediante el uso de programas financiados destinados a satisfacer las necesidades humanas de alimentos y fibras, mejorar la calidad ambiental y preservar los recursos naturales vitales para la economía agrícola, optimizando la utilización de los recursos no renovables y de la finca al tiempo que se integran los ciclos biológicos naturales y los controles según corresponda, manteniendo la viabilidad económica de las operaciones agrícolas y fomentando una mejor calidad de vida para los agricultores y la sociedad en general. Entre sus iniciativas, el NIFA quiere mejorar las prácticas agrícolas y ganaderas, el manejo integrado de plagas , el pastoreo rotativo , la conservación del suelo , la calidad del agua/humedales, los cultivos de cobertura , la diversidad de cultivos/paisajes, el manejo de nutrientes , la agrosilvicultura y el marketing alternativo. [40]

Educación

Los cursos destinados a formar graduados con algunas habilidades específicas en sistemas ambientales o tecnología ambiental son cada vez más comunes y se dividen en tres grandes clases:

  • Cursos de Ingeniería Ambiental o Sistemas Ambientales orientados a un enfoque de ingeniería civil en el que las estructuras y el paisaje se construyen para integrarse con el medio ambiente o protegerlo;
  • Cursos de química ambiental , química sustentable o ingeniería química ambiental orientados a comprender los efectos (buenos y malos) de los productos químicos en el medio ambiente. Estos títulos pueden centrarse en los procesos mineros, los contaminantes y, por lo general, también cubren los procesos bioquímicos;
  • Cursos de tecnología ambiental orientados a formar egresados ​​en electrónica, electricidad o electrotecnología capaces de desarrollar dispositivos y artefactos capaces de monitorear, medir, modelar y controlar el impacto ambiental, incluyendo el monitoreo y gestión de la generación de energía a partir de fuentes renovables, y el desarrollo de nuevas tecnologías de generación de energía.

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

  • Estudios de la OCDE sobre innovación ambiental, invención y transferencia de tecnologías ambientales . OCDE . Septiembre de 2011. ISBN 978-92-64-11561-3.
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